光电二极管
光电二极管正负
光电二极管正负光电二极管（Photodiode）是一种能将光信号转换为电信号的半导体器件，广泛应用于光电检测、通信、遥感等领域。
在光电二极管中，正负极分别代表着两个重要的概念：光电流和光电压。
一、光电流光电流是光电二极管受到光照射后产生的电流。
当光照射到光电二极管PN结的光敏区域时，光子的能量被吸收，使得电子-空穴对的产生率增加。
这些电子-空穴对在电场的作用下会分离，形成电流。
光电流的大小与光照强度成正比，光照越强，光电流越大。
光电二极管正极接在高压端，负极接在地，通过外电路可以测量到光电流。
为了提高测量精度，一般会在光电二极管的负极接入一个电阻，用来转换光电流为电压信号。
二、光电压光电压是光电二极管受到光照射后产生的电压。
光电压是指光电二极管的正负极之间的电势差，也被称为开路电压。
当光照射到光电二极管后，PN结的电势差会发生变化，从而产生光电压。
光电二极管的正极连接在高压端，负极连接在地，通过外电路可以测量到光电压。
与光电流不同的是，光电压的大小与光照强度成反比关系，光照越强，光电压越小。
三、光电二极管的工作原理光电二极管的工作原理是基于半导体材料的光电效应。
当光照射到光电二极管的PN结上时，光子的能量被吸收，导致光电子的产生。
这些光电子会受到电场的作用，被加速到达PN结。
在PN结的电场作用下，光电子会被推向N区，而空穴被推向P区，从而形成电流。
光电二极管的正负极之间形成的电势差即为光电压。
光电压的大小与光照强度成反比关系，光照越强，光电压越小。
四、光电二极管的应用光电二极管具有灵敏度高、响应速度快、体积小、功耗低等优点，因此在许多领域得到广泛应用。
1. 光电检测：光电二极管可以用于光强检测、光谱分析、光功率测量等领域。
通过测量光电流或光电压，可以确定光照强度、光谱分布等信息。
2. 通信：光电二极管可以作为光电转换器件，在光通信系统中用于接收和检测光信号。
它可以将光信号转换为电信号，进而进行信号放大、滤波等处理。
光电二极管的性质与应用
光电二极管的性质与应用光电二极管，作为一种常用的光电转换器件，具有独特的性质和广泛的应用。
它能够将光信号转换为电信号，从而实现光电转换，并在许多领域中发挥重要作用。
一、光电二极管的性质光电二极管的性质可以从以下几个方面来讨论。
首先是光电二极管的光电效应。
光电二极管利用光电效应使光能转化为电能。
当光照射在光电二极管的PN结区域时，电子会被激发，并被加速运动到PN结的一侧，通过外接电路，电流得以流动。
这种光电效应的存在使得光电二极管成为光电转换中一种重要的器件。
其次是光电二极管的电流-电压特性。
光电二极管的电流-电压特性与一般的二极管相似，但也有一定的区别。
在正向偏置情况下，只有当光照射到达一定光照强度时，才能产生显著的电流。
而在反向偏置情况下，只有当光照射较强时，才能产生逆向饱和电流。
这些特性使得光电二极管在光探测、光测量和光通信等领域中得到了广泛的应用。
另外，光电二极管的探测频率范围也是其重要性质之一。
不同类型的光电二极管对不同频率的光有不同的响应能力。
例如，快速响应的光电二极管适用于高速通信领域，而波长选择器件则广泛应用于光谱分析等领域。
二、光电二极管的应用光电二极管由于其独特的性质而在许多领域中得到广泛应用。
下面将介绍光电二极管在几个重要领域的应用。
首先是光通信领域。
光电二极管在光接收器中起到了关键作用。
它能够将传输的光信号转换为电信号，并通过其他电子元器件进行进一步处理。
这种高效的光电转换技术使得现代光纤通信系统能够实现高速、远距离的信息传输。
其次是光测量领域。
光电二极管的灵敏度高、频率范围广，使其成为光测量中不可或缺的一部分。
例如，光电二极管可用于光度计、色度计和光谱仪等仪器中。
这些仪器能够测量光的亮度、颜色和波长分布，对于光学研究和实验具有重要意义。
另外，光电二极管还广泛应用于光电探测领域。
以夜视仪为例，光电二极管能够将低能量的红外光信号转换为清晰的电信号，使得观察者能够在暗夜环境下看到目标。
光电二极管与光电三极管
光电二极管与光电三极管一、光电二极管（Photodiode）光电二极管是一种基于半导体材料的光电器件，它利用光电效应将光信号转化为电信号。
光电二极管的结构和正常的二极管类似，由P型和N型半导体材料构成，并且在P-N结附近形成一个细微的PN结。
当光照射到PN结处时，光子的能量会被电子吸收，从而激发电子-空穴对的产生。
光电二极管的工作原理是利用光电效应，该效应是指当光照射到半导体材料上时，光子的能量会激发材料中的电子跃迁到导带中，形成电子-空穴对。
当光照强度越大时，激发的电子-空穴对数量越多，产生的电流也越大。
因此，光电二极管可以通过测量电流大小来检测光照强度。
1.快速响应速度：光电二极管具有快速的响应速度，能够在纳秒级别内检测到光的变化。
2.高灵敏度：光电二极管对光信号非常敏感，能够检测到较低光强度下的光信号。
3.低噪声：光电二极管的噪声很低，能够准确地检测到微弱的光信号。
4.宽波长范围：光电二极管可以检测多种波长的光信号，通常在可见光和红外光范围内。
1.光通信：光电二极管作为光信号的接收器，在光通信中发挥重要作用。
2.光谱分析：光电二极管可以用于测量、分析和检测光谱信号，例如光谱仪，气体和液体分析等。
3.光电测量：光电二极管可以用于测量光强度的变化，例如光照度计、照度计等。
4.医疗设备：光电二极管可以用于心率监测、血氧测量、生物检测等医疗设备中。
5.光电控制：光电二极管可以用于光敏开关、光电电路等光电控制领域。
二、光电三极管（Phototransistor）光电三极管是光电传感器中另一种常见的光电器件，它是在光电二极管的基础上发展而来的。
光电三极管同样基于光电效应，将光信号转化为电信号，但是相较于光电二极管，光电三极管具有更高的灵敏度和增益。
光电三极管的结构和普通的三极管类似，由P型、N型和P型三个区域组成。
在光电三极管中，光照射到PN结处时会产生电子-空穴对，电子会从P区域注入到N区域，形成电流。
光电二极管与光电三极管
光电二极管与光电三极管
一、光电二极管
1、定义及结构
光电二极管（简称光二极管）又称为光敏二极管，是一种集光检测、
光放大、光信号处理等功能为一体的特殊型号的二极管。
光二极管由一种
金属包覆绝缘层，上面涂有一层光敏物质的接点，以及一个共享电极（称
为公共极），以及一个用于放大的三极管组成。
2、工作原理
光二极管的电路原理与普通二极管相同，都是由电流通过接点的光敏层，来激发其中的光敏物质，从而使其产生从正向到反向（又称反向偏移）的电势差。
激发电压可在可见光（380nm到780nm）的波长范围内发挥最
大的作用，并伴随着电流的衰减，从而使输出信号电压随着距离的增加而
减小。
3、应用
光二极管由于具有高敏感度、快速响应、高对信号的采集和处理能力，以及可以容易扩大到大规模并行系统，因此广泛应用于遥控、热量报警、
红外报警、防盗、天然气报警等等各种类型的报警装置中。
同时，它也被
广泛应用于数据通信，它可以将一组电信号转变成光信号，作为数据传输
的媒介，可以提高电信号的传输距离和信号的稳定性。
1、定义及结构。
光电二极管模式
光电二极管模式
光电二极管模式主要分为三种：光伏模式、光电导模式和雪崩二极管模式。
1.光伏模式：当光电二极管工作在低频应用和超能级光应用
时，首选这种模式。
当闪光照射到光电二极管上时，会产生电压。
产生的电压将具有非常小的动态范围，并且具有非线性特性。
当光电二极管在这种模式下配置为OP-AMP时，随温度的变化将非常小。
2.光电导模式：在这种模式下，光电二极管将在反向偏置条
件下工作。
阴极为正极，阳极为负极。
当反向电压增加时，耗尽层的宽度也会增加。
因此，响应时间和结电容将减少。
相比之下，这种操作模式速度快，并且会产生电子噪音。
3.雪崩二极管模式：雪崩二极管在高反向偏置条件下工作，
这允许雪崩击穿倍增到每个光电产生的电子-空穴对。
该结果是光电二极管的内部增益，它会缓慢增加设备响应。
在选择使用哪种模式时，应考虑具体的应用需求和性能要求。
光电二极管
光电二极管又名：photodiode光电二极管是一种能够将光根据使用方式，转换成电流或者电压信号的光探测器。
光电二极管与常规的半导体二极管基本相似，只是光电二极管可以直接暴露在光源附近或通过透明小窗、光导纤维封装，来允许光到达这种器件的光敏感区域来检测光信号。
许多用来设计光电二极管的二极管使用了一个PIN结，而不是一般的PN结，来增加器件对信号的响应速度。
光电二极管常常被设计为工作在反向偏置状态。
工作原理一个光电二极管的基础结构通常是一个PN结或者PIN结。
当一个具有充足能量的光子冲击到二极管上，它将激发一个电子，从而产生自由电子（同时有一个带正电的空穴）。
这样的机制也被称作是内光电效应。
如果光子的吸收发生在结的耗尽层，则该区域的内电场将会消除其间的屏障，使得空穴能够向着阳极的方向运动，电子向着阴极的方向运动，于是光电流就产生了。
实际的光电流是暗电流和光照产生电流的综合，因此暗电流必须被最小化来提高器件对光的灵敏度。
光电压模式当偏置为0时，光电二极管工作在光电压模式，这是流出光电二极管的电流被抑制，两端电势差积累到一定数值。
光电导模式当工作在这一模式时，光电二极管常常被反向偏置，急剧的降低了其响应时间，但是噪声不得不增加作为代价。
同时，耗尽层的宽度增加，从而降低了结电容，同样使得响应时间减少。
反向偏置会造成微量的电流（饱和电流），这一电流与光电流同向。
对于指定的光谱分布，光电流与入射光照度之间呈线性比例关系。
尽管这一模式响应速度快，但是它会引发更大的信号噪声。
一个良好的PIN二极管的泄漏电流很小（小于1纳安），因此负载电阻的约翰逊&mid dot;奈奎斯特噪声（Johnson–Nyqu ist noise）会造成较大的影响。
其他工作模式雪崩光电二极管具有和常规光电二极管相似的结构，但是需要高得多的反向偏置电压。
这将允许光照产生的载流子通过雪崩击穿大量增加，在光电二极管内部产生内部增益，从而进一步改善器件的响应率。
光电二极管的物理特性与工艺研究
光电二极管的物理特性与工艺研究光电二极管，简称LED，是一种半导体器件，具有化学稳定性好、能耗低、寿命长等特点。
其原理是电子在半导体晶体中跃迁时，释放出能量形成光线，将电能转化为光能。
在现代科技应用中，LED被广泛应用于照明、显示、通信等领域。
一、光电二极管的物理特性1. 发光原理：光电二极管是基于半导体PN结的原理工作的。
PN结是一种半导体结构，由正负两种半导体材料组成，能够使电子与空穴在结区域内重复复合并释放光子而发出光线。
2. 发光机制： LED在通电时，由于P区和N区的掺杂不同，造成了能带的差异。
电子从N区经过PN结跨越到P区，此时电子与空穴发生复合，能量释放出来，产生光辐射。
3. 光谱特性：LED灯泡的颜色主要由发光二极管的材质决定。
不同的材质发出的光线颜色也不同。
例如，蓝色光由蓝色LED发射，绿色光由绿色LED发射，红色光由红色LED发射。
4. 驱动电流：光电二极管的驱动电流大小与稳定性对LED的发光效果有着重要影响。
太小的电流无法使LED发光，而过大的电流则会让LED热失效。
二、光电二极管的工艺研究1. 衬底的选择：光电二极管制作一般采用单晶硅、蓝宝石与碳化硅等不同的衬底。
衬底的物理特性对于光电二极管的性能具有直接影响。
如：蓝宝石衬底的热处理会使 LED 的发光效果更好，而单晶硅更适合进行晶体生长。
2. 阴极材料的选择：光电二极管的阴极部分需要使用照亮发光二极管的外部结构，常采用银等可反射材料，增强光透过率，从而提高了LED的亮度与效率。
3. 制备光电二极管的工艺：光电二极管制备的化学反应涉及多个步骤。
例如，通过金属有机分子热分解法来制备氧化铝膜；利用化学气相沉积法制备氮化硼晶体等。
4. 熔融等离子体技术：熔融等离子体技术是光电二极管的新制备工艺，可以减少耗能与材料浪费，提高了 LED 的制作效率与产量。
三、市场前景及发展趋势目前，LED制作技术与市场应用已经非常成熟，市场规模逐年扩大。
光电二极管
光电二极管
1.1结构与外型
结构
光电二极管的结构也和普通二极管相似，由一个PN结组
成，引出两个电极，由P区引出的为正极，N区引出的为负
极。与普通二极管不同的是光电二极管必须封装在透明的
外壳中，以便光线直接照射到PN结上。光电二极管结构如
图（a）所示。
外型
电路符号如图(b)所示。光电二极管的符号与发光管不 同，发光管符号中的箭头向外，表示发光，光电二极管 符号中的箭头向里，表示外来光照在光电二极管上。
光电二极管
1.3 特性曲线
不同光照时，光电二极管两端电压uD和流过电流iD之间的 关系，称为光电二极管的伏安特性曲线。典型的光电二极 管的特性曲线如图所示。图中画出了三条曲线，最上面一 条是无光照时的特性曲线，其下面的三条是有光照射时的 特性曲线，最下面的曲线，光照最强。
无光照时的特性曲线和普 通二极管一样，具有单向 导电性。外加正向电压时， 电流与电压成指数关系； 外加反向电压时，流过光 电二极管的电流称为暗电 流，通常小于0.2μA。
8m V
R=10kΩ，R两端的电压只
有8mV。]
模拟电子技术
响应范围是波长0.4～1.1μm的光。
暗电流： 在无光照条件下，加有一定反向工作电压的光电二极管的 反向漏电流，称为暗电流。它等于反向饱和电流、复合电 流、表面漏电流和热电流之和，其大小一般在10-8～10-9安 范围内。 光电流： 在受到一定光照的条件下，加有一定反向工作电压的光电 二极管中流过的电流，称为光电流。
光电二极管常用于光强的测量，使用时应该反向偏置。图
4-7是光电二极管用于测量光照时的电路，VCC=10V为电源 电压，VD1为光电二极管，电阻R和光电二极管串联。 有光照时，光电流在电阻
光电二极管简写
光电二极管简写光电二极管（Photodiode）是一种基于半导体材料的光电转换器件，用于将光信号转化为电信号。
它广泛应用于光通信、光电检测、光电测量等领域。
一、光电二极管的工作原理光电二极管的工作原理是利用光的能量使半导体中的载流子产生电荷，并通过电流来表征光的强度。
当光照射到光电二极管的PN结上时，光子的能量被吸收，导致电子从价带跃迁到导带，空穴从导带跃迁到价带，形成电荷对。
这些电荷对会被内建电场分离，形成电流。
因此，光的能量转化为电流信号。
二、光电二极管的结构和特点光电二极管的结构类似于普通二极管，由PN结和引线组成。
引线通常分为阳极（A）和阴极（K），阳极连接正极，阴极连接负极。
光电二极管的PN结表面通常会镀一层反射膜，用以增加光的吸收效果。
光电二极管的特点主要包括以下几点：1. 高灵敏度：光电二极管对光的敏感度高，能够转换非常微弱的光信号。
2. 快速响应：光电二极管的响应速度快，能够在纳秒级别内响应光信号。
3. 宽波长范围：光电二极管对不同波长范围的光信号都有较好的响应，可以覆盖可见光和红外光等多个频段。
4. 低噪声：光电二极管的噪声水平较低，能够提供较为清晰的信号输出。
三、光电二极管的应用领域光电二极管作为一种重要的光电转换器件，在许多领域都有广泛的应用。
1. 光通信：光电二极管作为光接收器件，可以将光信号转化为电信号，用于接收光纤传输的信息。
2. 光电检测：光电二极管可以用于检测光强度、光功率等参数，用于光电测量和光谱分析。
3. 光电控制：光电二极管可以作为光敏开关，用于光电自动控制系统中的光控开关、光控防护等。
4. 光电传感：光电二极管可以用于测量光照强度、光照度等参数，用于光电传感器和环境光控制系统。
5. 光电医疗：光电二极管可以用于生物医学领域，如光电心率检测、光电血氧测量等。
6. 光电安全：光电二极管可以用于红外感应器、红外防护等安全领域，实现对物体或人体的监测和报警。
四、光电二极管的发展趋势随着科技的不断进步和应用的不断扩展，光电二极管也在不断发展和完善。
光电二极管
护环的结构
· 保护环低掺杂，曲率半径足够大 · 保证雪崩击穿均匀地发生在中心 区的PN结内；较高击穿电压。
P
P+
P
N/i
N+
APD器件特性
• 性能表征：量子效率、响应速度、增益、噪声等 • 增益 电子的直流倍增因子：
以上公式基于假设电离率与位置无关，当电子和空穴电离率相等时，倍 增因子变为：
击穿条件： 雪崩光敏二极管的反向偏压略低于击穿电压，其光电流增 益为10~100
②射频相移器的选择开关：
• 射频信号的相移 器可以采用不同长度 的传输线来实现， pin 结二极管能够作为选 择这些传输线的开关 使用。
③光电探测器：
• 在 pin 结中，因 为有内建电场的区域 （i 型层）较宽，则使 得入射光几乎能完全 被 i 型 层所吸收、和 转变为光生载流子， 因而 pin 结二极管作 为光电探测器使用时， 可以获得较大 的探测 灵敏度。
APD--拉-通结构
• 低-高-低APD： p p n
实际工艺中，低高低结构形成窄P区是很困难的
APD--拉-通结构
• 高-低APD: n p p
该器件结构在大直径硅片上更易制造，
通过离子注入或者扩散，杂质分布可
以得到很好的控制，对于涂有抗反膜 的器件，在0.8um波长附近可以得到
异质结APD
优点 ：
1，吸收-窄禁带，倍 增 -宽 禁 带 ， 避 免 强 电场引起的隧道电流； 防止边缘击穿 2，倍增区做的足够 薄，进一步降低噪声。
APD应用
• APD的增益带宽积可以大于300GHz，可以对微波频率调制光发生响 应。
• 由于雪崩光敏二极管的灵敏度高，响应快，因此常被用于光纤通信和 光磁盘的受光装置来处理弱光信号。
光电二极管的特性及原理
光电二极管的特性及原理光电二极管（Photodiode）是一种能够将光信号转换为电信号的半导体器件。
它具有高灵敏度、快速响应和广泛的波长响应范围的特点，因此被广泛应用于光电转换、光通信、光测量等领域。
本文将详细介绍光电二极管的特性及其工作原理。
1.光电二极管的特性：（1）高灵敏度：光电二极管能够将入射的光信号转换为电流信号，具有很高的光电转换效率。
其灵敏度可以通过材料选择、结构设计以及工艺改进等手段来提高。
（2）快速响应：光电二极管具有快速的响应速度，能够迅速响应光信号的变化，并产生相应的电信号。
这使得光电二极管在光通信和光测量等高速应用中起到重要作用。
（3）波长响应范围广：不同类型的光电二极管对于不同波长的光具有不同的响应特性。
通常，可见光电二极管能够响应整个可见光谱范围，而红外光电二极管可以响应更长波长的光。
这使得光电二极管能够适应不同的光信号处理需求。
2.光电二极管的工作原理：一般来说，光电二极管采用PN结构，即材料中掺杂有P型和N型半导体，形成一个结。
当没有光照射时，PN结处的内建电场通过扩散过程和漂移过程使得电子向P区域扩散，空穴向N区域扩散，形成一个电子漂移电流和一个空穴漂移电流，相互抵消，使得整个结处的电流为零。
而当光照射到PN结上时，光子能量会激发材料中的电子跃迁到导带，形成自由电子，从而增加了电子的浓度。
同时，也会产生空穴与自由电子复合的现象，减少了空穴的浓度。
因此，光电二极管PN结处的电流会发生变化，形成一个光电流。
此外，光电二极管可以根据工作模式的不同分为正向偏置和反向偏置两种。
正向偏置时，PN结处的载流子会受到电场力的引导，从而增加载流子的移动速度，提高光电二极管的响应速度。
反向偏置时，由于PN结反相，电流基本为零，只有在光照射下才会有微小的光电流产生。
3.光电二极管的应用：（1）光电转换：光电二极管广泛应用于光电转换领域，可以将光信号转换为电信号，并进行放大、处理等操作。
光电二极管
I
I当p 光I0辐(1射 e作xp用( qU到/光kT电))二极管上
ห้องสมุดไป่ตู้
时，光电二极管的全电流方程为
：
伏安特性
由电流方程可以得到光电二极管在不同偏置电压下的输出特 性曲线。
低反偏压下由于反偏 压增加使耗尽层加宽 光电流随光电压变化 非常敏感。 当反偏压进一步增加 时，光生载流子的收 集已达极限，光电流 就趋于饱和，特性曲 线近似于乎直，而且 在低照度部分比较均 匀。
雪崩光电二极管（APD）
发射键型光电二极管
……
PN结的形成
P区
N区
扩散运动
内电场
扩散运动=漂移运动时 达到动态平衡
光电二极管的基本原理
反向偏置：势垒增强，少数载 流子漂移难以形成足够电流， 但在外加光场作用下可形成较 强光电流！——光电效应
基本原理
光子在p区（A处）被吸收→一 个空穴+一个电子。电子有可 能扩散到耗尽层边界，并在电 场作用下漂移至n区;
目录
1 光电二极管的简介及基本原理 2 光电二极管的基本结构 3 光电二极管的特性 4 几种常见光电二极管
光电二极管简介
种类：
光电二极管和普通二极管一样， 也是由一个PN结组成的半导体器 P件N ，结具型有光电单二方极向管导电特性，是把 光信号转换成电信号的光电传感 器PI件N 结型光电二极管
应用：高速光通信、高速光检测
P
P(N)
N
光
－
＋
I0
APD载流子雪崩式倍增示意图
感谢下 载
可编辑
光电二极管的基本特性 1.光谱特性 2.伏安特性 3.噪声特性 4.温度特性
光谱特性
以等功率的不同单色辐射波长的光作用于光电二极管时， 其电流灵敏度与波长的关系称为其光谱响应，不同材料的 光谱响应范围不同
光电二极管
双向击穿二极管
双向击穿二极管也称瞬态电压抑制二极管(TVS),是一种具有双向稳压特性和双向负阻特性的过压保护器件,类似压敏电阻。它应用于各种交流、直流电源电路中,用来抑制瞬时过电压。当被保护电路瞬间受到浪涌脉冲电压冲击时,双向击穿二极管能迅速齐纳击穿,由高阻状态变为低阻状态,对浪涌电压进行分流和钳位,从而保护电路中各元件不被瞬间浪涌脉冲电压损坏。
普通单色发光二极管属于电流控制型半导体器件,可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮,使用时需串接合适的限流电阻。普通单色发光二极管的发光颜色与发光的波长有关,而发光的波长又取决于制造发光二极管所用的半导体材料。红外发光二极管也称红外线发射二极管,它是可以将电能直接转换成红外光能(不可见光)并辐射出去的发光器件,主要应用于各种遥控发射电路中。其结构、原理与普通发光二极管相近,只是使用的半导体材料不同。更多电子元件资料http:
光电二极管
光电二极管也称光敏二极管,是一种能将光能转变为电能的敏感型二极管,广泛应用于各种遥控与自动控制电路中。它分为硅PN结型(PD)光电二极管、PIN结型光电二极管、锗雪崩光电二极管和肖特基结型光电二极管,其中硅PN结型光电二极管较常用。
光电二极管采用金属外壳、塑料外壳或环氧树脂材料封装,有二端和三端(带环极)两种形式。管体上端或侧面有受光窗口(或受光面)。当光电二极管两端加上反向电压时,其反向电流将随着光照强度的改变而改变。光照强度越大,反向电流则越大。光电二极管按接收信号的光谱范围可分为可见光光电二极管、红外光光电二极管和紫外光光电二极管。红外光光电二极管也称红外接收二极管,是一种特殊的PIN结型光电二极管,可以将红外发光二极管等发射的红外光信号转变为电信号,广泛应用于彩色电视机、录像机、影碟机(视盘机)、音响等家用电器及各种电子产品的遥控接收系统中。它只能接收红外光信号,而对可见光无反应(即对红外光敏感,而接收可见光时则截止)。
光电二极管主要参数
光电二极管主要参数
摘要：
一、光电二极管的概念与分类
二、光电二极管的主要参数
1.波长
2.光强或光通量
3.角度
4.额定正向电流If 及相应正向电压Vf
5.反向漏电流Ir
6.最大允许结温
7.封装热阻
三、光电二极管的应用场景
四、总结
正文：
光电二极管是一种能够将光信号转换为电信号的半导体器件，广泛应用于各种光电设备中。
根据半导体材料的不同，光电二极管可分为锗二极管和硅二极管等。
从结构上分，有点接触型、面接触型和平面型二极管等。
光电二极管的主要参数包括波长、光强或光通量、角度、额定正向电流If 及相应正向电压Vf、反向漏电流Ir、最大允许结温和封装热阻等。
波长和光强是描述光电二极管发光特性的重要参数，角度则决定了光电二极管的发散角度。
额定正向电流If 和正向电压Vf 是描述光电二极管的导通特性的参数，
反向漏电流Ir 则描述了光电二极管的反向特性。
最大允许结温和封装热阻则是描述光电二极管的耐热特性的参数。
光电二极管广泛应用于通信、医疗、显示以及工业加工等领域。
例如，在通信领域，光电二极管可用于光纤通信，将光信号转换为电信号进行传输。
在医疗领域，光电二极管可用于光电传感器，实现对生物信号的检测。
在显示领域，光电二极管可用于LED 显示屏，实现对图像的显示。
在工业加工领域，光电二极管可用于激光器，实现对材料的加工。
综上所述，光电二极管作为一种重要的光电器件，具有广泛的应用场景，其性能参数对于其应用效果具有重要影响。
光电二极管
光电二极管（Photo-Diode）和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。
但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。
原理：普通二极管在反向电压作用时处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。
光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。
光的强度越大，反向电流也越大。
光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。
PN型特性：优点是暗电流小，一般情况下，响应速度较低。
用途：照度计、彩色传感器、光电三极管、线性图像传感器、分光光度计、照相机曝光计。
PIN型特性：缺点是暗电流大，因结容量低，故可获得快速响应。
用途：高速光的检测、光通信、光纤、遥控、光电三极管、写字笔、传真。
检测方法①电阻测量法用万用表1k挡。
光电二极管正向电阻约10MΩ左右。
在无光照情况下，反向电阻为∞时，这管子是好的(反向电阻不是∞时说明漏电流大)；有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几kΩ或1kΩ以下，则管子是好的；若反向电阻都是∞或为零，则管子是坏的。
②电压测量法用万用表1V档。
用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达0．2—0．4V。
③短路电流测量法用万用表50μA档。
用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在白炽灯下(不能用日光灯)，随着光照增强，其电流增加是好的，短路电流可达数十至数百μA。
主要技术参数：1.最高反向工作电压；2.暗电流；dark current 也称无照电流光电耦合器的输出特性是指在一定的发光电流IF下，光敏管所加偏置电压VCE与输出电流IC之间的关系，当IF=0时，发光二极管不发光，此时的光敏晶体管集电极输出电流称为暗电流，一般很小。
光电二极管
雪崩增益随反向偏压变化的非线性十分突出，反向偏压越高， 雪崩增益越大。要得到足够的增益，必须在接近击穿电压下工作， 而击穿电压对温度很敏感。
三、雪崩光电二极管结构
光线通信在0.85um波段常用的APD有拉通型（RAPD）和保护环形
（GAPD）两种。
GAPD具有高灵敏度，但它的雪崩增益随偏压变化的非线性十分突出。
光电二极管
6.3.1 光电二级管的原理和特性 6.3.2 PIN光电二极管 6.3.3 雪崩光电二极管 6.3.4 光电三极管
6.3.1 光电二级管的原理及结构
光电二极管的原理为光生伏特效应，光生伏特效应就是半导体吸收光 能后在pn结上产生光电电动势效应。
光生伏特效应的三个主要物理过程： 1.半导体材料吸收光能，能来不小于带隙能量Eg的光子将激励价带上的电子吸收光 子的能量而跃迁到导带上，产生自由电子-空穴对（称为光生载流子）。
电流与集电极电流之和，即
I=（1+ ）Ib
二、光电三极管的特性
（1）输出电流较大。能达到毫安数量级。
（2）线性差。原因主要是由于电流放大倍数的非线性导致的。
（3）频响低。截至频率和集电极的电阻有关。硅管的截止频率约为10kHz，锗管的截止频率 约为5kHz。
（4）温度系数差。温度升高时，暗电流增大，光电流也增大，温度系数比光电二极管差。
7.光电效率
常用响应度和量子效率来衡量光电检测器件的光电转换效率。
一、PIN光电二极管的原理和结构
光电二极管的结构中，耗尽层的厚度影响到光电二极管的量子效率和频率响应特性， 耗尽层的范围越宽，量子效率越高，响应频率越快。耗尽层的宽度与p型和n型半导体中 的掺杂浓度有关，在相同的反向偏压下，掺杂浓度越低，耗尽层就越宽。因此，在p型和 n型半导体之间，通过插入本证半导体，使耗尽层浓度增大，就形成了PIN型光电二极管。 优点： 1.减少了光生载流子在扩散过程中的复合，提高了 量子效率。同时减小了慢电流，提高了频响特性。 2.高电阻使暗电流明显减少，光生电子—空穴被i区 的强电场分离，并做快速漂移运动，有利于提高光 电二级管的频率响应特性。 3.i区的引入显著加大了耗尽层厚度，减小了结电容。
第十三讲光电二极管
4、性能参数
（1） 增益(放大倍数)
增益M与PN结的反向偏压、材料及结构有关
M
1
1
U U BR
n
UBR：击穿电压；U：管子外加反向偏压；n：材
料、掺杂和结构有关常数，硅器件，n＝1.5～4，
增益与温度、反向偏压的 关系曲线
锗器件n＝2.5 ～ 8 当U→UBR时，M→∞，PN结将发生击穿。
反向偏压 (V)
8
五 、雪崩光电二极管（APD）
3、工作原理
7
五 、雪崩光电二极管（APD）
4、性能参数
（1） 增益(放大倍数)
电离产生的载流子数远大于光激发产生的光生载流子数，这时雪崩 光电二极管的输出电流迅速增加，其电流倍增系数M定义为
MI I0
I为倍增输出的电流，I0为倍增前输出的电流。
6
五 、雪崩光电二极管（APD）
载流子在耗尽层中移动速度v是用载流子的移动速度和耗尽层中的电场e决定的v时间特性频率响应19三特性参量1原理与结构为了提高pn结硅光电二极管的时间响应消除在pn结外光生载流子的扩散运动时间常采用在p区与n区之间生成没有杂质的本征层i型层
《光电子技术》
Photoelectronic Technique
了一个环极（其目的：减少暗电流和噪声）
33
二、工作原理
1、感应电子层 受光面一般都涂有SiO2防反射膜（少量的钠、钾、氢等正离子）。 使P-Si表面产生一个感应电子层，从而使P-Si表面与N－Si连通起来。
当加反偏压时，从前极流出的暗电子流，有通过表面感应电子层产生的 漏电子流，从而使从前极流出的暗电子流增大。
(3)载流子通过耗尽层时间t3 载流子在耗尽层中移动速度Vd是用载流子的移动速度(μ)和耗尽层中的 电场(E)决定的（Vd=μE），因平均电场E=VR/d，则t3可近似表示：
光电二极管 电路
光电二极管电路
光电二极管（Photodiode）是一种能够将光信号转换为电信号
的半导体器件。
在电路中使用光电二极管可以实现光电转换功能，常用于光电检测、光通信、光电传感等应用。
光电二极管电路的基本原理是当光照射到光电二极管上时，光子的能量将被电子吸收，使得光电二极管导电性发生变化，进而产生电流。
根据光电二极管的正向特性，通常将光电二极管安装在正向偏置的电路中。
在光电二极管电路中，常常使用电流放大器（Current Amplifier）将光电二极管输出的微弱电流放大到较大的电流，以便于测量和检测。
电流放大器可以为光电二极管提供低阻抗输入，提高了电路的灵敏度和信噪比。
除了电流放大器，为了保护光电二极管不受电压和电流过大的损害，通常还会在光电二极管上加上稳流器（Current Source）或限流电阻（Limiting Resistor）。
稳流器可以提供稳定的电
流给光电二极管，限流电阻则通过限制电流流过光电二极管来保护其安全操作。
光电二极管电路的应用十分广泛，比如在光电检测中，可以通过测量光电二极管输出的电流来检测光的强度和频率。
在光通信中，利用光电二极管将光信号转换为电信号，进而进行数据传输和通信。
在光电传感中，通过测量光电二极管的输出信号来实现对光、温度、压力等参数的测量和控制。
总之，光电二极管电路是一种重要的电子器件，通过合理设计电路，能够实现光电转换和信号处理，应用于多种领域。
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光电二极管
光电二极管，英文通常称为 Photo-Diode
一．概述
光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。
但是，在电路中不是用它作整流元件，而是通过它把光信号转换成电信号。
那么，它是怎样把光信号转换成电信号的呢？大家知道，普通二极管在反向电压作用在处于截止状态，只能流过微弱的反向电流，光电二极管在设计和制作时尽量使PN结的面积相对较大，以便接收入射光。
光电二极管是在反向电压作用在工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。
光的强度约大，反向电流也约大。
光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光传感器件。
二。
检测方法
①电阻测量法
用万用表1k挡。
光电二极管正向电阻约10kΩ左右。
在无光照情况下，反向电阻为∞时，这管子是好的(反向电阻不是∞时说明漏电流大)；有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几kΩ或1kΩ以下，则管子是好的；若反向电阻都是∞或为零，则管子是坏的。
②电压测量法
用万用表1V档。
用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在光照下，其电压与光照强度成比例，一般可达0．2—0．4V。
③短路电流测量法
用万用表50μA档。
用红表笔接光电二极管“+”极，黑表笔接“—”极，在白炽灯下(不能用日光灯)，随着光照增强，其电流增加是好的，短路电流可达数十至数百μA。
在实际工作中，有时需要区别是红外发光二极管，还是红外光电二极管(或者是光电三极管)。
其方法是：若管子都是透明树脂封装，则可以从管芯安装外来区别。
红外发光二极管管芯下有一个浅盘，而光电二极管和光电三极管则没有；若管子尺寸过小或黑色树脂封装的，则可用万用表(置1k挡) 来测量电阻。
用手捏住管子(不让管子受光照)，正向电阻为20-40kΩ，而反向电阻大于200kΩ的是红外发光二极管；正反向电阻都接近∞的是光电三极管；正向电阻在10k左右，反向电阻接近∞的是光电二极管。
三．光电二极管的主要技术参数有：
1.最高反向工作电压；
2.暗电流；
3.光电流；
4.灵敏度；
5.结电容；
6.正向压降；
7.响应时间；
光电二极管工作原理
光电二极管工作原理光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。
它的核心部分也是一个PN结，和普通二极管相比，在结构上不同的是，为了便于接受入射光照，PN结面积尽量做的大一些，电极面积尽量小些，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。
光电二极管是在反向电压作用之下工作的。
没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），
称为暗电流。
当有光照时，携带能量的光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对，称为光生载流子。
它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。
这种特性称为“光电导”。
光电二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。
如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。
光电二极管、光电三极管是电子电路中广泛采用的光敏器件。
光电二极管和普通二极管一样具有一个PN结，不同之处是在光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以接收光线照射，实现光电转换，在电路图中文字符号一般为VD。
光电三极管除具有光电转换的功能外，还具有放大功能，在电路图中文字符号一般为VT。
光电三极管因输入信号为光信号，所以通常只有集电极和发射极两个引脚线。
同光电二极管一样，光电三极管外壳也有一个透明窗口，以接收光线照射。